凝汽器是火力發(fā)電廠的大型換熱設(shè)備，其作用是將汽輪機(jī)做功后的低溫蒸汽凝結(jié)為水，以提高熱力循環(huán)的效率?圖1為表面式凝汽器的結(jié)構(gòu)示意圖?

凝汽器運(yùn)行時，冷卻水從前水室的下半部分進(jìn)來，通過冷卻水管（換熱管）進(jìn)入后水室，向上折轉(zhuǎn)，再經(jīng)上半部分冷卻水管流向前水室，最后排出?低溫蒸汽則由進(jìn)汽口進(jìn)來，經(jīng)過冷卻水管之間的縫隙往下流動，向管壁放熱后凝結(jié)為水?在此工作過程中，由于冷卻水質(zhì)的不潔凈，致使銅管內(nèi)壁積聚了一些不利于傳熱的固態(tài)混合物（稱之為污垢）?污垢的存在降低了換熱面的傳熱能力，從而降低了汽輪機(jī)效率.因此必須對其進(jìn)行清洗?如何定量地測定凝汽器的污臟程度，以便為凝汽器的合理清洗提供依據(jù)，是許多學(xué)者都在探討的問題?歸納起來，已提出的方法大致有以下幾種：

（1）通過測量污垢熱阻來判斷凝汽器污臟程度?

（2）通過測量凝汽器出口?入口水室之間的水流阻力來判斷凝汽器污臟程度?

（3）通過計算傳熱系數(shù)來判斷凝汽器污臟程度?

熱阻法能較準(zhǔn)確地測定凝汽器的污臟程度，但需在換熱管上埋設(shè)鎧裝熱偶以檢測管壁溫度，凝汽器換熱管數(shù)量眾多，在工程上較難實(shí)現(xiàn);水流阻力可反映污垢的數(shù)量，但不能體現(xiàn)出污垢的導(dǎo)熱性質(zhì)，用該方法確定凝汽器污臟程度顯然不夠準(zhǔn)確;傳熱系數(shù)體現(xiàn)了凝汽器的換熱性能，但目前計算傳熱系數(shù)均采用傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)公式，而且未考慮蒸汽中不凝結(jié)氣體（空氣）對傳熱效果的影響？因而當(dāng)凝汽器變工況運(yùn)行時，存在較大誤差?

傳熱端差是反映凝汽器熱交換狀況的重要性能指標(biāo)，與傳熱系數(shù)相比，該參數(shù)容易測量，能夠連續(xù)觀察其變化而積累數(shù)據(jù)，因而本文選用它來體現(xiàn)凝汽器的污臟狀態(tài)?但傳熱端差除了主要取決于換熱面的污臟程度外，還與凝汽器的工況參數(shù)如蒸汽流量?冷卻水量等密切相關(guān)，因此，如何從眾多參數(shù)中分離出換熱面污臟對端差的影響，成為準(zhǔn)確測定凝汽器污臟程度的關(guān)鍵?

1 測量原理 傳熱端差定義為：

δt=ts-tWO （1）

式中，δt--凝汽器的傳熱端差

ts--凝汽器壓力所對應(yīng)的飽和蒸汽溫度

tWO--冷卻水出口溫度

分析換熱過程可知，當(dāng)冷凝器的冷卻面積一定時，δt可表示為：

δt=f（Dc，Dw，c，ε，twi） ？ （2）

式中？Dc--蒸汽流量

Dw--冷卻水流量

c--凝汽器的污臟系數(shù)

ε--蒸汽中不凝結(jié)氣體（空氣）的含量

twi--冷卻水入口溫度

設(shè)凝汽器被徹底清洗后，在某一給定的蒸汽流量Dc?冷卻水流量Dw?冷卻水入口溫度twi?空氣含量ε下測得的端差為δtd（δtd可看作清潔狀態(tài)下該工況對應(yīng)的端差），改變工況并運(yùn)行一段時間后測得的端差為δtf，顯然，δtd與δtf之間的差值Δδ既有因換熱面污臟引起的，也有因工況參數(shù)變化而引起的，可表示為：

Δδ=Δδc+Δδg？ （3）

式中？Δδc--換熱面污臟引起的端差變化，稱之為污垢端差

Δδg--變工況引起的端差變化，稱之為變工況端差

定義污臟系數(shù)為：

（4）

由上式可看出，要確定c，需求出Δδg?由于Δδg=f（ΔDs，ΔDw，Δtwi，Δε，）描述的是一非常復(fù)雜的傳熱過程，其精確數(shù)學(xué)模型很難獲取，為此本文根據(jù)輸入?輸出測量數(shù)據(jù)，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立變工況端差模型，實(shí)現(xiàn)了凝汽器污臟程度的準(zhǔn)確測量?

2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模

變工況端差Δδg=f（ΔDs，ΔDw，Δtwi，Δε，）可由三層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來逼近，如圖2所示?

選擇Sigmoid函數(shù)作為隱層神經(jīng)元的激勵函數(shù)：？

（5）

式中？a=1.716

b=2/3

以凝汽器在清潔狀態(tài)下不同工況的試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，采用BP算法訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)?學(xué)習(xí)的目標(biāo)函數(shù)為：？

E=？di-yi ？ （6）

式中？n--樣本個數(shù)

yi--模型輸出

di--期望輸出

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值修正采用最速梯度下降法?神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練好后即可投入應(yīng)用?根據(jù)由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)求得的變工況端差及（4）式，即可計算出污臟系數(shù)?

3 儀器結(jié)構(gòu)

3.1 硬件設(shè)計

在線監(jiān)測儀以DSP為核心，實(shí)時采集各有關(guān)參數(shù)，計算出污臟系數(shù)并作動態(tài)顯示?其硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示?

圖中，tp為汽氣混合物在測量處的溫度;p為汽氣混合物在測量溫度處的壓力?空氣含量由如下方法求得：

在凝汽器抽氣設(shè)備的出口處測量汽水混合物的壓力，并同時測出汽水混合物的溫度，則汽水混合物中的空氣含量由下式得出：

ε= （7）

其中，ps--汽氣混合物出口溫度所對應(yīng)的水蒸氣飽和壓力，可通過查表求得?

DSP選用TMS320F240，其結(jié)構(gòu)為1）32位CPU;（2）554字的雙口RAM，16K字的FLASH EEPROM;（3）兩個10位的A/D轉(zhuǎn)換器;（4）串行通訊接口?該芯片通過串行通訊接口可與控制室主機(jī)交換數(shù)據(jù)?

3.2 軟件設(shè)計

軟件設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要包括1）數(shù)據(jù)采集?處理模塊;（2）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算模塊;（3）顯示模塊;（4）通信模塊?

4 試驗(yàn)結(jié)果

4.1神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的獲取

現(xiàn)場試驗(yàn)在湘潭電廠N-3500-2型凝汽器上進(jìn)行?

在保持凝汽器清潔的情況下？以Dc=135t/h?Dw=9400t/h?twi=15℃?ε=0.015%作為設(shè)定工況，獲取凝汽器在不同工況下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)?表1為在凝汽器清潔時部分工況下神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出與實(shí)測數(shù)據(jù)的比較結(jié)果?從比較的結(jié)果可以看出，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出與實(shí)測端差基本一致，表明基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建模方法能夠獲得具有較高精度的變工況端差模型?

4.2 污臟程度的在線監(jiān)測

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型確定后，即可進(jìn)行在線監(jiān)測?為了驗(yàn)證該方法的準(zhǔn)確性，在凝汽器的不同位置埋設(shè)了16只鎧裝熱偶，以便與熱阻法進(jìn)行比較?試驗(yàn)分為兩個部分：

（1）將凝汽器徹底清洗，測取清洗后24小時內(nèi)的污臟系數(shù)變化?

（2）重新投運(yùn)清洗裝置，測取清洗時的污臟系數(shù)變化?

試驗(yàn)結(jié)果如表2?表3所示?其中，表2 為停運(yùn)清洗裝置后，冷凝器的污臟系數(shù)變化情況;表3為重新投運(yùn)清洗裝置后，冷凝器的污臟系數(shù)變化情況?Dw=9400t/h及ε=0.015% 在試驗(yàn)過程中保持不變?清潔狀態(tài)時，在設(shè)定工況下測得的端差為δtd=6.1℃?

從表2?表3可以看出 由本文介紹的方法求得的污臟系數(shù)與熱阻法基本一致 而且污臟系數(shù)的變化趨勢符合凝汽器換熱管污垢的積聚與清洗特性，表明用該方法求得的污臟系數(shù)是可信的?

本文針對現(xiàn)有監(jiān)測凝汽器換熱管污臟程度方法的不足，提出了一種在線監(jiān)測污臟程度的新方法?根據(jù)此方法研制了在線監(jiān)測儀，并進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果證明該儀器能準(zhǔn)確地在線監(jiān)測凝汽器污臟?由于測量儀所需的許多信號（如蒸汽流量?冷卻水入口溫度等）在現(xiàn)場已具備，可直接或以通信方式引入，因此測量儀成本低?安裝簡便，具有良好的應(yīng)用前景?本監(jiān)測儀同樣適用于其它行業(yè)的大型換熱設(shè)備?

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